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煤层瓦斯微纳米串联多尺度动态扩散渗透率实验-模型-机理及意义 被引量：2
1
作者 李志强 陈金生 +1 位作者 李林 彭建松 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1551-1566,共16页
多尺度科学问题作为当前世界科学前沿的热点问题之一,已拓展到自然科学与工程技术的众多领域,作为多尺度科学的一个分支,煤岩渗流力学亦存在自身的多尺度科学问题。煤体中存在从毫米到微纳米的多尺度孔裂隙,孔径量级可达百万倍之巨,这... 多尺度科学问题作为当前世界科学前沿的热点问题之一,已拓展到自然科学与工程技术的众多领域,作为多尺度科学的一个分支,煤岩渗流力学亦存在自身的多尺度科学问题。煤体中存在从毫米到微纳米的多尺度孔裂隙,孔径量级可达百万倍之巨,这使得煤体渗透率也呈现出百万量级的空间与时间多尺度特征。因而,煤体多尺度渗透率研究既是煤岩渗流力学的学科内涵问题,亦是瓦斯抽采亟需的工程外延问题。采用柱状原煤煤心开展了无应力和三轴应力下CH4/He的非稳态扩散-渗流实验和三轴应力下稳态渗流实验。实验结果表明:柱状煤心的表观扩散系数随时间延长而动态衰减,并呈现出2类时间多尺度特征,一种为连续光滑的动态衰减特征,一种为两阶段阶跃式动态衰减特征。导出了动态表观扩散数学模型,该模型能较准确描述柱状煤心中气体(CH4/He)非稳态流动全过程。提出了多管串联多尺度孔隙结构物理模型和数学模型,采用压汞孔径数据验证了串联多尺度孔径模型,并据此给出了串联多尺度渗透率的数学证明。以努森数(Kn)为标准,划分了连续流-滑移流-过渡流-自由分子流等流域,以串联多尺度孔径为关联纽带,建立了考虑有效应力和流态的多尺度渗透率模型。研究结果揭示了煤层瓦斯串联多尺度渗流机理,即煤体微纳米孔径及其串联级数是影响多尺度渗透率的决定性因素,可测孔径范围内多尺度效应影响程度可达数万量级。流动初期,气体首先从外层大孔裂隙中流出,流动后期,逐渐从微小孔隙中流出,直至深达纳米级孔隙。随着时间延长,串联孔隙级数逐渐增长,等效孔径逐渐减小,其量级接近于最小孔径,进而使得等效渗透率随时间延长而急速衰减,渗透率的时间多尺度动态衰减特征是空间多尺度的外在反映。气体流动后期,努森数增大,滑移-过渡流态效应超过有效应力效应,并占据主导作用。瓦斯串联多尺度渗透率的实验发现和模型构建,解决了当前多尺度渗流缺乏实验的问题,弥补了单管理论的缺陷,表观意义上实现了扩散与渗流的统一,实现了多尺度渗透率的微观区分与宏观联合。 展开更多
关键词 多尺度 动态 渗透率 扩散 微纳米孔
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瓦斯抽采钻孔割缝注浆堵漏防渗效果实验研究
2
作者 张小东 白云 +8 位作者 袁修竹 冯友祺 雷军 徐强 曹塘根 王登科 卫彦昭 李超 喻建 《煤炭技术》 CAS 2024年第5期155-159,共5页
为解决瓦斯抽采钻孔密封质量不佳问题,通过工业CT扫描观察钻孔内部封孔效果,划分钻孔漏气形式,建立钻孔漏气模型,并提出割缝注浆新型封孔方法。通过对不同割缝数量注浆试样的渗透率及单轴抗压强度研究,确定了最佳割缝数量。实验结果表明... 为解决瓦斯抽采钻孔密封质量不佳问题,通过工业CT扫描观察钻孔内部封孔效果,划分钻孔漏气形式,建立钻孔漏气模型,并提出割缝注浆新型封孔方法。通过对不同割缝数量注浆试样的渗透率及单轴抗压强度研究,确定了最佳割缝数量。实验结果表明:随着割缝数量的增加,注浆后试样的渗透率在缓慢减小,而抗压强度呈下降趋势;综合考虑,合理割缝数量为2条。采用新型割缝注浆封孔方法,有效地提高了瓦斯抽采钻孔封孔段的良好密封性,提高煤矿井下瓦斯抽采效率,保障煤矿安全高效生产。 展开更多
关键词 瓦斯抽采 钻孔封孔 漏气模型 割缝注浆 工业CT扫描 渗透率
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水淹环境下煤层瓦斯解吸特性的实验研究 被引量：1
3
作者 肖知国 张晓鹏 +2 位作者 郝梅 唐志昊 刘永强 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2023年第6期37-43,共7页
在煤矿生命周期内,水淹煤层现象时有发生,水淹环境下煤层瓦斯的解吸特性将发生较大变化,为了精准防治煤层瓦斯,开展了水淹环境下瓦斯解吸特性的实验研究,结果表明:随着水淹时长增加,累计瓦斯解吸量、初始瓦斯解吸速度和气体扩散系数均... 在煤矿生命周期内,水淹煤层现象时有发生,水淹环境下煤层瓦斯的解吸特性将发生较大变化,为了精准防治煤层瓦斯,开展了水淹环境下瓦斯解吸特性的实验研究,结果表明:随着水淹时长增加,累计瓦斯解吸量、初始瓦斯解吸速度和气体扩散系数均出现大幅降低,三者均与水淹时长线性关系明显;低场核磁共振测试表明,随着水淹时长增加,进入煤体孔隙中的水分增加。经理论分析,提出水淹环境下煤层瓦斯解吸的动力机制,当水分进入煤的孔-裂隙中时瓦斯既受到自身残余压力的动力作用,又受到孔-裂隙中水的阻力作用,当动力大于阻力时,瓦斯冲破水膜束缚;当阻力大于动力时,产生水锁效应;随着水淹时长增加,水分侵入煤体的深度增加,水分被排出的难度增加,从而水锁效应增强。 展开更多
关键词 水淹环境 煤层 瓦斯 解吸特性 动力机制
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冲击载荷下含瓦斯煤动力学破坏特征与瓦斯渗流规律分析 被引量：2
4
作者 王登科 张力元 +8 位作者 魏建平 都海龙 李振 王志明 董博文 张富凯 尹彦波 张宏图 卫彦昭 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1432-1446,共15页
为探究不同冲击载荷和瓦斯压力作用下的含瓦斯煤动力学特征、裂隙扩展及瓦斯渗流变化规律,采用含瓦斯煤岩冲击损伤-渗流试验系统开展含瓦斯煤冲击试验以及原位渗流测试,并结合工业CT扫描系统进行试样裂隙结构的三维重构,分析含瓦斯煤内... 为探究不同冲击载荷和瓦斯压力作用下的含瓦斯煤动力学特征、裂隙扩展及瓦斯渗流变化规律,采用含瓦斯煤岩冲击损伤-渗流试验系统开展含瓦斯煤冲击试验以及原位渗流测试,并结合工业CT扫描系统进行试样裂隙结构的三维重构,分析含瓦斯煤内部裂隙扩展特征及其对瓦斯渗流的影响规律。研究结果表明,冲击载荷和瓦斯压力对含瓦斯煤的动力学性质、变形过程、裂隙扩展和渗流规律均具有重要影响,具体表现在:①受围压和轴压的影响,冲击载荷耦合瓦斯压力条件下的含瓦斯煤应力-应变曲线无明显压密阶段;含瓦斯煤的变形过程主要经历了弹性变形阶段、应变强化阶段及破坏阶段。②冲击载荷的增加对含瓦斯煤动力学参数具有强化作用,气体压力的升高则劣化了含瓦斯煤动力学参数;冲击载荷越大,瓦斯压力越高,含瓦斯煤的裂隙扩展愈充分,所形成的裂隙结构愈复杂。③含瓦斯煤的渗流规律受控于裂隙扩展,冲击载荷耦合瓦斯压力作用下,含瓦斯煤中存在孔隙流动、孔隙流动-裂隙流动并存及裂隙流动等3种气体流动形式;含瓦斯煤冲击破坏后,随着气体压力增加以及气楔作用的增强,瓦斯流动形式可由孔隙流动依次转变为孔隙流动-裂隙流动并存和裂隙流动;裂隙扩展和流动形式共同影响含瓦斯煤渗流规律,含瓦斯煤渗透率随瓦斯压力的增大总体上符合先增大后减小的变化趋势。 展开更多
关键词 冲击载荷 含瓦斯煤动力学破坏特征 工业CT扫描 裂隙扩展 瓦斯渗流规律
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深部煤层CO_(2)地质封存量化评估及案例研究 被引量：3
5
作者 刘操 赵春辉 +2 位作者 钟福平 秦书杰 韦沧龙 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期288-298,共11页
地质封存CO_(2)作为理想的减碳技术,有望成为缓解温室效应的重要手段,因此量化评估深部煤层CO_(2)地质封存潜力与研究超临界CO_(2)与深部煤岩之间相互作用成为了“双碳”背景下的研究热点。以焦作矿区九里山煤样为试验研究对象,分析了... 地质封存CO_(2)作为理想的减碳技术,有望成为缓解温室效应的重要手段,因此量化评估深部煤层CO_(2)地质封存潜力与研究超临界CO_(2)与深部煤岩之间相互作用成为了“双碳”背景下的研究热点。以焦作矿区九里山煤样为试验研究对象,分析了深部煤层超临界CO_(2)吸附与封存机理,分别开展了35和45℃下煤样的CO_(2)等温吸附试验,解释并校正了CO_(2)吸附等温线高压异常下拐现象,得到了不同温度下煤样的CO_(2)实际吸附量。提出了一种新方法计算CO_(2)地质封存量,能够校正吸附相体积造成的封存量计算误差,并能精确评估不同埋深煤层CO_(2)理论和有效封存量。研究结果表明:①当高压吸附饱和时,煤样表面所有的吸附位被完全占据,此时吸附相体积和密度不再发生改变,吸附量应趋于稳定,但实验室测得的吸附量却在高压饱和阶段随压力增大而减小,这并不符合Langmuir吸附原理,因此必须对实验室测试的吸附等温线进行校正,才能应用于深部煤层CO_(2)封存量评估;②煤中CO_(2)封存量主要由吸附和游离封存量组成,吸附封存量需要采用吸附相密度和Gibbs吸附量进行反算,游离封存量则需要掌握煤中游离相占据的孔隙体积,它只能根据煤中孔隙总体积减去吸附相体积进行计算,因此,吸附相是精确评估吸附和游离封存量的决定性因素;③采用修正的煤层CO_(2)地质封存量化方法,以焦作修武研究区800~2000 m深部煤层为例,得出其单位质量煤中CO_(2)理论封存量为1.52~2.16 mmol/g,CO_(2)有效封存总量为11.19×10^(9)m^(3),换算为封存总质量为21.97 Mt。本研究案例不仅校正了吸附试验数据的物质平衡错误,而且考虑了吸附相占据孔隙空间对游离封存量的影响,这对深部煤层CO_(2)地质封存量精准评估具有重要的应用意义。 展开更多
关键词 CO_(2)地质封存 深部煤层 CO_(2)吸附试验 吸附相 评估方法
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煤中超临界CO_(2)解吸滞后机理及其对地质封存启示 被引量：1
6
作者 刘操 闫江伟 +4 位作者 赵春辉 钟福平 贾天让 刘小磊 张航 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期3154-3166,共13页
将CO_(2)注入不可采煤层地质封存既是降低温室气体效应最理想选择之一,也是煤炭工业降低CO_(2)排放、实现低碳化可持续发展的必由之路,然而,煤层CO_(2)地质封存悬而未决的关键问题是:“注入煤层中的CO_(2)到底能否长期停留而安全封存?... 将CO_(2)注入不可采煤层地质封存既是降低温室气体效应最理想选择之一,也是煤炭工业降低CO_(2)排放、实现低碳化可持续发展的必由之路,然而,煤层CO_(2)地质封存悬而未决的关键问题是:“注入煤层中的CO_(2)到底能否长期停留而安全封存?”。鉴于此,在弄清煤体CO_(2)解吸滞后规律的基础上,揭示超临界CO_(2)解吸滞后机理,建立煤层CO_(2)地质封存量化模型,探讨利用解吸滞后实现煤层CO_(2)长期安全封存。研究表明:煤中超临界态CO_(2)解吸滞后程度大于亚临界态CO_(2),在超临界阶段,吸附与解吸等温线形成近似“平行线”的稳定滞后特征;解吸滞后的本质原因是煤中微纳米级亲水性孔隙形成弯液面、产生强大毛细压力、渗吸液态水、截断并固定超临界CO_(2)流体、最终形成了CO_(2)残余封存,例如,煤中直径40~10 nm圆柱形无机孔隙可产生7.30~29.12 MPa毛细压力,足以封堵超临界态CO_(2);以九里山煤样解吸等温线数据为例,采用基于煤层CO_(2)解吸滞后的地质封存量化模型,评估出900~1500 m深部二1煤层封存总量稳定在35~37 m^(3)/t,其中,吸附封存约占80%,残余封存约占15%,而结构封存仅占5%;解吸滞后启示应尽可能采取措施提高煤层残余封存CO_(2)比例,原因是毛细堵塞的残余封存CO_(2)较围岩密封的游离和吸附CO_(2)更安全且没有泄露风险,煤层灰分、水分、孔隙尺寸和形貌等物性参数是影响残余封存效率的主要因素。 展开更多
关键词 CO_(2)地质封存 超临界CO_(2) 解吸滞后 残余封存 毛细压力 地质封存量化模型
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河南矿区高灰细泥煤泥水的絮凝沉降试验研究 被引量：3
7
作者 鲁忠良 王擘昊 +3 位作者 于跃先 史长亮 何俊 王婕 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第1期35-41,共7页
目的随着采煤机械化程度的提高和重介质选煤工艺普及,入选浮煤泥中高灰细泥的含量逐渐增加。高灰细泥是影响煤泥水沉降效率的最直接因素,对煤泥水中的高灰细泥进行处理,直接关系着煤炭资源生产和水资源利用。针对河南矿区煤泥水具有高... 目的随着采煤机械化程度的提高和重介质选煤工艺普及,入选浮煤泥中高灰细泥的含量逐渐增加。高灰细泥是影响煤泥水沉降效率的最直接因素,对煤泥水中的高灰细泥进行处理,直接关系着煤炭资源生产和水资源利用。针对河南矿区煤泥水具有高灰细泥的特性,方法通过设计正交试验测试不同种类的絮凝剂和搅拌速度对煤泥水的沉降率的影响及其之间的相互作用的效果,提高煤泥水沉降效率。结果结果表明:六偏磷酸钠与聚丙烯酰胺的分散性能及絮凝性能更优,搅拌速度、六偏磷酸钠用量、聚丙烯酰胺用量对高灰细泥煤泥水沉降率的影响程度依次减小,搅拌速度和聚丙烯酰胺用量之间的相互关系对沉降率影响最为显著;当六偏磷酸钠用量40.08 mg/L、聚丙烯酰胺用量5.75 mg/L、搅拌速度411.12 r/min,沉降率可达95.5%,沉降率提高的原因在于高灰细泥絮凝过程中絮团成球明显,絮凝剂的桥接作用可以使分散颗粒聚团并发展为球形,长条不规则颗粒明显减少,颗粒群粒形的改变有助于煤泥水的沉降,在一定搅拌速度下粒形保持较为规整,可增加沉降概率,使煤泥水得以有效沉降。结论通过改善煤泥水中颗粒的粒度粒形特性,可以有效提高河南矿区高灰细泥煤泥水的沉降效率。研究结果可为处理高灰细泥煤泥水提供理论支持和实践参考。 展开更多
关键词 河南矿区 煤泥水 高灰细泥 沉降率 粒形
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煤粒多尺度孔隙中瓦斯扩散机理及动扩散系数新模型 被引量：70
8
作者 李志强 刘勇 +1 位作者 许彦鹏 宋党育 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期633-643,共11页
为解决经典扩散模型不能准确描述煤粒瓦斯全时扩散的科学问题。采集我国典型矿区的代表性煤样,开展了各种条件下的煤粒瓦斯扩散实验。采用经典扩散模型拟合实验表明,某时刻前,扩散率的实验值大于理论值,此时刻后,实验值小于理论值,此规... 为解决经典扩散模型不能准确描述煤粒瓦斯全时扩散的科学问题。采集我国典型矿区的代表性煤样,开展了各种条件下的煤粒瓦斯扩散实验。采用经典扩散模型拟合实验表明,某时刻前,扩散率的实验值大于理论值,此时刻后,实验值小于理论值,此规律惟一。经典扩散模型不能准确描述瓦斯扩散全过程,误差极大,进而发现了煤粒瓦斯扩散系数随时间延长而衰减的特有现象。为此,提出了煤粒多尺度孔隙分布的新物理模型,新模型假设煤粒中孔隙呈非均质多尺度形态分布,并具有自相似分形结构,这种多尺度分形结构孔隙决定了煤粒扩散系数的多级分布,进而决定了瓦斯宏观扩散力学机理,即,煤体由表及里,孔隙由大到小分级分布,其扩散系数亦相应的由大到小逐级递减。扩散初期,瓦斯从扩散系数较大的大孔隙中快速逸出,扩散后期,从扩散系数较小的小孔隙中慢速逸出,直至深达微孔内部。正是这种逐级递减的孔隙形态及相应的多级扩散系数分布,形成了瓦斯扩散系数随时间延长而衰减的扩散机理。根据这一物理假设,引入初始扩散系数D0、扩散系数衰减系数β两个参数反映扩散系数动态衰减特征,提出了动扩散系数数学模型,经200余组数据检验,新模型能较准确描述各条件下的煤粒瓦斯(CH4,CO2,N2)扩散全过程。新模型涵盖了经典单孔隙扩散模型和双孔隙模型,将其推广到了多孔隙维度,并能解释经典单孔隙扩散模型出现的问题,新模型在准确性、简单性、解释性、预测性上优于国外双孔隙模型及其它经验公式。多尺度动扩散系数扩散模型为准确计算瓦斯(煤层气)含气量、储量、突出预测指标,解释各种条件下的瓦斯扩散机理提供了新物理模型和计算新方法。 展开更多
关键词 瓦斯 煤层气 扩散模型 扩散系数 动态
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温度冲击下煤层内部孔缝结构演化特征实验研究 被引量：28
9
作者 王登科 张平 +3 位作者 刘淑敏 魏建平 于充 孙刘涛 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期3395-3403,共9页
为研究温度冲击下煤层微观结构的变化特征,采用高低温试验系统对原煤进行了温度冲击实验,利用扫描电镜、工业显微CT、压汞实验和低温液氮吸附实验对温度冲击前后煤的孔隙裂隙结构的演化发展进行了联合表征。基于数字图像处理技术,对温... 为研究温度冲击下煤层微观结构的变化特征,采用高低温试验系统对原煤进行了温度冲击实验,利用扫描电镜、工业显微CT、压汞实验和低温液氮吸附实验对温度冲击前后煤的孔隙裂隙结构的演化发展进行了联合表征。基于数字图像处理技术,对温度冲击前后煤层扫描电镜图像进行二值化处理,定性与定量地分析了煤层的裂隙宽度变化,并统计分析了温度冲击前后煤层中孔隙的比表面积和孔径变化。研究结果表明:温度冲击作用促使煤样内部大孔之间相互贯通并形成宏观裂缝,导致大孔体积相应减少,中孔和小孔的体积均增大;温度冲击试验测试过程中所产生的最大热应力位于煤样表面的切向方向,温度冲击所产生的热应力超过煤样抗拉强度是导致裂隙萌生、扩展和相互贯通的直接原因。研究结果可为煤层气高效开发和提高煤层瓦斯抽采率提供技术支撑。 展开更多
关键词 温度冲击 热应力 孔缝结构 破坏机理 试验测试
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基于工业CT扫描的瓦斯压力影响下含瓦斯煤裂隙动态演化特征 被引量：36
10
作者 王登科 张航 +5 位作者 魏建平 吴岩 张宏图 姚邦华 付建华 赵立桢 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期3550-3564,共15页
为探索瓦斯压力影响下的含瓦斯煤裂隙动态演化特征及其规律,利用受载煤岩工业CT扫描系统开展了三轴压缩条件下的含瓦斯煤原位工业CT扫描试验,获取了不同变形阶段的含瓦斯煤原始CT图像和应力-应变曲线等测试结果,通过三维重构技术得到了... 为探索瓦斯压力影响下的含瓦斯煤裂隙动态演化特征及其规律,利用受载煤岩工业CT扫描系统开展了三轴压缩条件下的含瓦斯煤原位工业CT扫描试验,获取了不同变形阶段的含瓦斯煤原始CT图像和应力-应变曲线等测试结果,通过三维重构技术得到了含瓦斯煤的数字化模型,运用图像分析处理软件对数字化模型进行了裂隙结构的精确提取,实现了含瓦斯煤内部裂隙结构空间形态的可视化展布,并结合分形理论对含瓦斯煤内部裂隙结构进行了定性和定量分析。研究结果表明:围压一定时,不同瓦斯压力下受载含瓦斯煤的全应力-应变曲线变化趋势大致相同,均经历了5个变形阶段,即初始压密阶段、线弹性变形阶段、塑性屈服阶段、峰值破坏阶段和残余变形阶段,含瓦斯煤的峰值强度、弹性模量和残余强度均随瓦斯压力的增大而线性减小;全应力-应变过程中,在瓦斯压力作用下,含瓦斯煤二维裂隙的分形维数和裂隙像素比变化趋势基本一致,呈现出先减少(或不变)后加速增大再增速放缓的变化规律;含瓦斯煤三维裂隙的裂隙率、裂隙密度和三维分形维数变化趋势基本一致,均呈现出缓慢下降、缓慢增长和急剧增长的三阶段式演化规律;破坏失稳后,含瓦斯煤裂隙像素比和二维分形维数随瓦斯压力的增加而线性增大,并且含瓦斯煤的裂隙密度、裂隙率和三维分形维数也随之线性增加;瓦斯气体的存在促进了受载含瓦斯煤的裂隙扩展和贯通,二维裂隙和三维裂隙的数量及网络复杂程度随着瓦斯压力的升高均增大;吸附瓦斯的非力学作用和游离瓦斯的气楔膨胀作用共同导致了含瓦斯煤力学性质的整体弱化。 展开更多
关键词 裂隙动态演化 瓦斯压力 工业CT扫描 三维数字重构 分形维数
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含瓦斯煤自然吸水渗吸试验研究及机理探析 被引量：13
11
作者 王兆丰 苏伟伟 +1 位作者 陈向军 吴家浩 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2015年第8期72-76,96,共6页
为了研究含瓦斯煤体自然吸水条件的渗吸作用,在自主搭建的试验平台上,研究了煤体在不同瓦斯吸附平衡压力下,自然吸入不等水量后的渗吸效应,并理论探析了渗吸机理。结果表明：含瓦斯煤样自然吸水后,煤样罐内压力自动升高,吸附态瓦斯被置... 为了研究含瓦斯煤体自然吸水条件的渗吸作用,在自主搭建的试验平台上,研究了煤体在不同瓦斯吸附平衡压力下,自然吸入不等水量后的渗吸效应,并理论探析了渗吸机理。结果表明：含瓦斯煤样自然吸水后,煤样罐内压力自动升高,吸附态瓦斯被置换为游离态,验证了渗吸现象;在相同吸附平衡压力下,随着含水率增加,游离瓦斯增量和渗吸率均逐渐增大,在含水率2%～6%区间呈线性增加,随后增长梯度减缓,逐渐趋于稳定,表明存在极限含水率可使渗吸效应最强;在不同瓦斯吸附平衡压力下,煤样自然吸水的最大渗吸率趋于相等。试验验证了渗吸是利用煤体双重介质特性提供水分运移动力,水分强于甲烷的吸附能力进一步置换吸附态瓦斯,促进煤体瓦斯解吸,降低瓦斯含量。 展开更多
关键词 含瓦斯煤 自然吸水 渗吸 极限含水率 吸附能力
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基于多物理场耦合的顺层钻孔瓦斯抽采参数优化研究 被引量：14
12
作者 刘佳佳 贾改妮 +1 位作者 王丹 马权 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第7期115-119,156,共6页
为了揭示多物理场耦合作用下本煤层顺层钻孔瓦斯抽采渗流机制,建立了考虑Klinkenberg效应、有效应力和解吸收缩影响的流固耦合模型,运用该模型对本煤层顺层钻孔抽采参数进行优化。结果表明:抽采时间对有效抽采半径影响非常显著,钻孔抽采... 为了揭示多物理场耦合作用下本煤层顺层钻孔瓦斯抽采渗流机制,建立了考虑Klinkenberg效应、有效应力和解吸收缩影响的流固耦合模型,运用该模型对本煤层顺层钻孔抽采参数进行优化。结果表明:抽采时间对有效抽采半径影响非常显著,钻孔抽采1 d时有效抽采半径为0.38 m,钻孔抽采10 d时有效抽采半径的范围仅增加1.55倍,抽采180 d时有效抽采半径的范围增加8.26倍;在高瓦斯压力区域,煤层钻孔周围煤体的孔隙率、渗透率呈现下降趋势,随着钻孔抽采影响程度的减小,煤基质解吸收缩效应逐渐加强,孔隙率、渗透率下降趋势逐渐缓慢,模拟结果与理论分析相吻合;随着抽采钻孔直径的增加,钻孔周围煤体的瓦斯压力降低范围逐渐增大,有效抽采半径与钻孔直径之间满足幂函数关系,在保证钻孔抽采效果的前提下,确定某矿29031工作面最合理的钻孔直径为94 mm。 展开更多
关键词 瓦斯抽采 顺层钻孔 Klinkenberg效应 多物理场 流固耦合
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微波注热与传导注热对煤层瓦斯运移的激励效应对比分析
13
作者 王志军 陈庚 +1 位作者 龚静 梅向乾 《煤炭技术》 CAS 2024年第9期200-205,共6页
为探究微波注热和传导注热对煤层瓦斯运移的影响,建立了热-流-固耦合模型,通过COMSOL Multiphysics数值软件分别模拟传统传导注热和2450 MHz微波注热对煤层瓦斯运移的激励效应,以相同注热功率为基础,对比分析了2种注热方式下煤层温度、... 为探究微波注热和传导注热对煤层瓦斯运移的影响,建立了热-流-固耦合模型,通过COMSOL Multiphysics数值软件分别模拟传统传导注热和2450 MHz微波注热对煤层瓦斯运移的激励效应,以相同注热功率为基础,对比分析了2种注热方式下煤层温度、渗透率比例、瓦斯含量、瓦斯抽采率、热损失的演化规律。结果表明:2种不同注热方式对瓦斯运移的激励效应相似,随着抽采时间的延长,煤层温度逐渐升高,渗透率比例先减小后增大,煤层总瓦斯含量逐渐减小,瓦斯抽采率先增大后减小;相对于传导注热,微波注热效果更佳,煤层渗透率整体较大,吸附瓦斯含量较低,残余瓦斯含量整体较高,瓦斯抽采量较高,瓦斯抽采率较大、热损失较小。微波注热比传导注热对煤层具有更好的激励效应,能更好地加速煤层瓦斯吸附解吸,更有利于煤层瓦斯的抽采,且传热效率高,热损失小,更节能。 展开更多
关键词 微波注热 传导注热 瓦斯运移 热-流-固耦合 数值模拟
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外加物理场对煤的瓦斯解吸的研究进展及其分析 被引量：1
14
作者 王志军 单远程 李宁 《煤矿现代化》 2017年第2期73-75,共3页
本文对现有煤的瓦斯解吸的研究现状进行了阐述;阐述了外加物理场对煤的瓦斯吸附解吸的研究及其机理;并分析了这些研究成果的优缺点。简单说明了煤的瓦斯吸附解吸的研究方向。外加物理场主要是通过作用于煤样使其变性进而改变煤的吸附解... 本文对现有煤的瓦斯解吸的研究现状进行了阐述;阐述了外加物理场对煤的瓦斯吸附解吸的研究及其机理;并分析了这些研究成果的优缺点。简单说明了煤的瓦斯吸附解吸的研究方向。外加物理场主要是通过作用于煤样使其变性进而改变煤的吸附解吸特性。外加物理场对煤的瓦斯吸附解吸的研究虽起步晚但也取得了长足的进步和丰硕的成果。并提出建议:改变外加物理场作用方式,变离线式作用为在线作用研究外加物理场对煤的瓦斯吸附解吸及其作用机理。 展开更多
关键词 解吸 物理特性 外加物理场 在线作用 作用机理
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瓦斯氛围下煤-水界面润湿特性及其影响机制 被引量：1
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作者 岳基伟 王辰 +5 位作者 石必明 王兆丰 徐金林 韩奇峻 孙永鑫 梁跃辉 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期4325-4335,共11页
煤层注水被广泛用于煤层瓦斯治理,其治理瓦斯的效果关键在于水分对含瓦斯煤体的润湿效果,然而高瓦斯煤层中瓦斯严重干扰着水分对煤体的润湿。为弄清瓦斯氛围下水分对煤体的润湿特性,采用自研的瓦斯氛围下煤-水接触角测试装备及自开发的... 煤层注水被广泛用于煤层瓦斯治理,其治理瓦斯的效果关键在于水分对含瓦斯煤体的润湿效果,然而高瓦斯煤层中瓦斯严重干扰着水分对煤体的润湿。为弄清瓦斯氛围下水分对煤体的润湿特性,采用自研的瓦斯氛围下煤-水接触角测试装备及自开发的瓦斯氛围下水的表面张力测试软件,研究了瓦斯氛围下煤-水界面润湿参数,阐释了瓦斯氛围下煤-水界面的润湿特性,并揭示了其影响机制。研究结果表明:瓦斯氛围下随着瓦斯压力的增加,水的表面张力、煤的表面能及黏附功逐渐减小,煤-水接触角及煤-水界面能逐渐增加,水对煤的润湿效果变差;基于煤的工业分析、元素分析及微光谱图分析,建立了无烟煤的分子结构模型,分子式为C_(99)H_(54)N_(2)O_(3)S,煤分子模型的桥碳比为0.61,其与^(13)C-NMR谱图的桥碳比一致;瓦斯氛围下煤水微观润湿体系中,煤水交界面以下,水分子的相对浓度随着瓦斯压力的增大而减小;煤水交界面以上,瓦斯压力越大,水分子相对浓度峰值越大;瓦斯氛围下煤水微观润湿体系中,随着瓦斯压力的增加,水分子的吸附程度减弱,煤中瓦斯被置换的程度减小,甲烷分子的扩散系数减小,水分子分散程度增加,聚集程度减弱,水分子的扩散系数增加。 展开更多
关键词 瓦斯压力 煤层注水 润湿 表面张力 煤水接触角
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大断面隧道穿越小夹角煤层施工中的瓦斯运移规律研究 被引量：5
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作者 李丹 黄飞 +4 位作者 李树清 曹安 朱云涛 刘勇 王荣荣 《能源与环保》 2022年第4期269-275,共7页
为探明大断面隧道在通过煤层夹角比较小施工过程中的瓦斯保护与运移扩散规律,以某在建瓦斯隧道为施工背景,构建了隧道通风的三维数值模拟,并借助流体计算软件Fluent进行模拟计算。深入研究了通风时间、瓦斯的涌出情况以及风速高低等多... 为探明大断面隧道在通过煤层夹角比较小施工过程中的瓦斯保护与运移扩散规律,以某在建瓦斯隧道为施工背景,构建了隧道通风的三维数值模拟,并借助流体计算软件Fluent进行模拟计算。深入研究了通风时间、瓦斯的涌出情况以及风速高低等多种因素,对瓦斯扩散的影响规律。研究结果表明,不同的通风时间,检查瓦斯在隧道内的总体分布规律,瓦斯呈现上部分瓦斯浓度大,下部分浓度较低,符合实际情况;瓦斯涌出位置不同,瓦斯在隧道内的分布不同,在持续通风的作用下,距释放源越远,瓦斯含量就越小,气体含量所达到的峰值也越慢;风速越高,瓦斯气体的排放隧道速度越快,气体含量峰值也越小。 展开更多
关键词 大断面隧道 释放源 瓦斯排放 数值模拟 风速
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深部低阶煤瓦斯吸附特性核磁共振试验研究 被引量：5
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作者 刘佳佳 贾改妮 +1 位作者 陈守奇 马权 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第9期68-73,共6页
为了研究深部低阶煤瓦斯吸附特性,采集新疆艾维尔沟矿深部低阶煤样,采用低场核磁共振技术(NMR)对原煤煤样进行瓦斯吸附试验,并提出了以核磁共振T2(横向弛豫)谱积分面积值作为吸附瓦斯含量的定量表征。试验结果表明:深部低阶煤瓦斯吸附过... 为了研究深部低阶煤瓦斯吸附特性,采集新疆艾维尔沟矿深部低阶煤样,采用低场核磁共振技术(NMR)对原煤煤样进行瓦斯吸附试验,并提出了以核磁共振T2(横向弛豫)谱积分面积值作为吸附瓦斯含量的定量表征。试验结果表明:深部低阶煤瓦斯吸附过程T2谱曲线有3个特征峰(吸附峰、游离峰、自由态瓦斯峰);不同瓦斯压力下,瓦斯吸附总量均随吸附时间的增加而增加,直至保持不变,瓦斯吸附速度先增加后减小;不同瓦斯压力下,深部低阶煤吸附孔的瓦斯吸附量随着吸附时间的增加先增加后保持不变,吸附态瓦斯量与瓦斯压力的关系呈双曲线函数分布,瓦斯压力越大,低阶煤中瓦斯达到吸附平衡时间越长。研究成果对深部低阶煤的煤层气勘探开发和瓦斯抽采具有重要指导意义。 展开更多
关键词 低阶煤 瓦斯吸附 核磁共振 T2谱 吸附孔
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基于Klinkenberg效应影响的煤体瓦斯渗流规律及其渗透率计算方法 被引量：34
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作者 王登科 魏建平 +1 位作者 付启超 刘勇 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第10期2029-2036,共8页
针对气体渗流存在的Klinkenberg效应,利用自主研发的三轴瓦斯渗流实验系统,对煤层瓦斯的渗流特性进行了研究。通过实验数据分析和理论推导,提出了一种综合气体动力黏度和压缩因子影响及克氏效应的煤层瓦斯渗透率计算方法。通过比较传统... 针对气体渗流存在的Klinkenberg效应,利用自主研发的三轴瓦斯渗流实验系统,对煤层瓦斯的渗流特性进行了研究。通过实验数据分析和理论推导,提出了一种综合气体动力黏度和压缩因子影响及克氏效应的煤层瓦斯渗透率计算方法。通过比较传统的拟压力法计算结果,考虑克氏效应方法在理论上和数据处理结果上更合理、更准确。研究结果表明:1克氏效应对煤层瓦斯渗流影响明显,利用考虑克氏效应方法评估的渗透率结果正确,能充分反映出气体渗流的真实状态。2吸附解吸作用对煤层瓦斯渗透性有一定的影响,其影响结果是导致煤层绝对渗透率的降低。3处于标准状况附近的气体,可以忽略动力黏度和压缩因子对其渗透性的影响,离开标准状况较远的气体,需要考虑动力黏度和压缩因子对其渗透性的影响。研究结果对正确认识克氏效应和选择更精确的含瓦斯煤渗透率计算方法具有一定的指导价值。 展开更多
关键词 煤层瓦斯 渗流规律 Klinkenberg效应 渗透率 吸附解吸
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干燥及饱和含水煤样超声波特征的实验研究 被引量：23
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作者 王云刚 李满贵 +1 位作者 陈兵兵 代少华 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期2445-2450,共6页
采用超声波透射法对无烟煤、焦煤和肥煤煤样在干燥及自然饱和吸水状态进行超声波测试实验,利用快速傅里叶变换对超声波信号进行了频谱分析,研究干燥及自然饱和吸水状态下煤样超声波特征。研究结果表明:在干燥或自然饱和吸水状态下,同种... 采用超声波透射法对无烟煤、焦煤和肥煤煤样在干燥及自然饱和吸水状态进行超声波测试实验,利用快速傅里叶变换对超声波信号进行了频谱分析,研究干燥及自然饱和吸水状态下煤样超声波特征。研究结果表明:在干燥或自然饱和吸水状态下,同种煤样的纵波波速相差较小;在干燥和自然饱和吸水两种状态下,无烟煤煤样纵波速度最大,肥煤纵波速度最小,焦煤介于两者之间,煤样纵波速度与其密度呈正相关、与孔隙率和变质程度呈负相关关系。焦煤和肥煤煤样在自然饱和吸水状态下纵波波速高于其在干燥状态下的纵波波速,无烟煤则相反;焦煤和肥煤煤样的纵波波速对水的敏感性大于无烟煤纵波波速对水的敏感性,这是由水分子在煤样孔隙中的运动形式决定的。煤样自然饱和吸水后,其主频率值有所下降,出现"频率漂移"的现象,使其能量多集中在低频部分;在煤样中传播的超声波信号的波速和主频率值能够反映煤样内部的孔隙、微裂隙等结构情况及其含水情况。 展开更多
关键词 煤样 干燥 自然饱和 超声波 快速傅里叶变换 主频率值
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瓦斯抽采半径确定方法的比较及存在问题研究 被引量：116
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作者 郝富昌 刘明举 孙丽娟 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2012年第12期55-58,110,共5页
为快速有效消除采掘工作面的突出危险性,论述了确定瓦斯抽采半径的各种方法,指出了确定瓦斯抽采半径存在的问题,并对确定瓦斯抽采半径应深入研究的方向进行展望。研究结果表明:现场测试瓦斯抽采半径存在测试难度较大、精度较差、测试结... 为快速有效消除采掘工作面的突出危险性,论述了确定瓦斯抽采半径的各种方法,指出了确定瓦斯抽采半径存在的问题,并对确定瓦斯抽采半径应深入研究的方向进行展望。研究结果表明:现场测试瓦斯抽采半径存在测试难度较大、精度较差、测试结果仅是区间值等问题,现场实测法不能随瓦斯地质条件的改变动态确定瓦斯抽采半径;数值模拟方法确定的抽采半径未考虑含瓦斯煤的流变特性,确定的有效抽采时间存在较大误差,今后应加强考虑煤的流变特性的抽采过程的流固耦合研究,以确定合理的抽采半径,为瓦斯灾害防治提供依据。 展开更多
关键词 瓦斯抽采半径 煤与瓦斯突出 埋藏深度 示踪气体 瓦斯压力
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